Egbert Homeister: Licht - Energieeffiziente Region

Beleuchtung
Agenda
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1
Einführung
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Beleuchtungskennzahlen
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Lichterzeugung, Arten von Leuchten
4
Energieeinsparungspotentiale
5
Abschluss
Einführung in die Beleuchtung
Licht in der Industrie
Anforderungen an das richtige Licht
– Abhängigkeit von der Anforderungen der Arbeitsaufgabe
– Arbeitsstättenverordnung
Auswirkungen von Licht auf Menschen
– Tageszyklus
– Stimmung, Wohlbefinden
– Mangel an Licht erzeugt Depressionen (Polarkreis)
– Zuviel Licht erzeugt Hautkrebs (Australien)
Kennzahlen für die Anforderungen
– Beleuchtungsstärke (LUX, Lumen)
– Lichtfarbe
– Andere Anforderungen (Frequenz, Blendwirkung, usw.)
Beleuchtungsstärken-Tabelle laut Arbeitsstättenverordnung §7 Beleuchtung
Ansprüche an die Nennbeleuchtungsstärke
Beispiele
Sehaufgabe
En in Lux
gering
50
100
gering
150
mäßig
200 - 300
mittel
500
hoch
750 – 1.000
sehr gering
Abstellräume, Lagerräume
Pausenräume, Verkehrszonen
Verkehrszonen mit Fahrzeugen,
Ladebereiche
Werkzeugmaschinen, grobe Arbeiten,
Maschinenarbeiten > 0,1 mm
Büro, Maschinenarbeiten < 0,1 mm
Techn. Zeichnen, Feinmechanik, Druckerei
sehr hoch
1.500
Uhrmacherwerkstatt, Elektronikwerkstatt
außergewöhnlich
2.000
Gravieren, Kunststopfen
Tageslicht im Schatten
Tageslicht
Helles Sonnenlicht
4
5.000
(informativ)
10.000
20.000
(informativ)
(informativ)
Weitere Tabellen sind z.B.
• Gütemerkmale der
Beleuchtung nach
DIN EN 12464-1
• Arbeitsstätten-Richtlinie
ASR 7/3
Beleuchtungskennzahlen LUX und Lumen
LUMEN (Kennzahl für die Leistungsfähigkeit eines Leuchtmittels)
– Lumen (lateinisch für Licht, Leuchte) ist die Einheit des Lichtstroms.
– 1 Lumen ist definiert als der Lichtstrom einer 1,464 mW starken, 555-nmLichtquelle mit 100 % Wirkungsgrad.
– Bei Projektoren (Beamern) wird die Angabe ANSI-Lumen verwendet. Das
bedeutet lediglich, dass das Gerät nach der Norm des American National
Standards Institute getestet wurde.
LUX (zur Angabe was am Arbeitsplatz benötigt wird)
– Lux ist die Einheit der abgeleiteten Größe Beleuchtungsstärke und der
ihr entsprechenden Emittergröße, der spezifischen Lichtausstrahlung.
– Ihr Einheitenzeichen ist: lx.
– Der Name leitet sich von der lateinischen Bezeichnung lux für Licht ab.
1 lx = 1 lm/m²
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Lichtquellen: Vergangenheit und Zukunft
Tageslicht
– Vor Erfindung des künstlichen Lichts einzige „Beleuchtung“
– Anpassung der Industriearchitektur in der Anfangszeit (Sheddach)
Feuer, Kerzen
– Erste Möglichkeit vom Tageslicht unabhängig zu werden
Gasleuchten
– Erste Straßenbeleuchtung
Glühdraht → Glühbirne
– Erstes Licht, das jederzeit und „Auf Knopfdruck“ zur Verfügung stand
HQL Leuchtstofflampen T5 (5/8“≈16mm), T8 (8/8“≈ 26mm)(Leuchtstoff)
– Aktuell in der Industrie eingesetzt
LED (light emitting diodes, Licht emittierende Dioden)
– Aktuell verbreitet in der Straßenbeleuchtung, Beginnend in der Industrie
– Hat noch hohes Potential (Verdoppelung der Lichtausbeute möglich)
OLED (Organic Lightemitting Diode)
– Technologie in der Forschungsphase noch bessere Werte als LED
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Lichterzeugung Grundlagen
Lichtquelle
Flamme
Leistun
g [W]
lm/W
50
0,1
Glühlampe 230V
100
14,5
Halogen 230V
250
16,8
Kompaktleuchtstofflampe
11
49,1
Leuchtstofflampe mit KVG
36
75,0
Leuchtstofflampe mit EVG
36
95,0
400
60,0
147
88,0
145
83,0
Quecksilberdampf HQL
T5 ECO Saver HO mit EVG
LED IPT Halle
LED weiß
Entwicklungsziel der EU
7
200,0
Grenzen der Energieeffizienzklassen für Leuchtmittel im
Haushalt
KVG = Konventionelles Vorschaltgerät
EVG = Elektronisches Vorschaltgerät
Leuchten im IPT und der ZBW
LED 145 W 12000lm = 83 lm/W
T5 longlife ECO 3x49W 12900lm = 88 lm/W
Vorschaltgeräte
KVG konventionelles Vorschaltgerät
– Ein KVG besteht aus einer Netz-Drossel und einem Starter
VVG verlustarmes Vorschaltgerät
– geringerer Stromverbrauch für das Vorschaltgerät (seit Jahrzehnten Standard)
EVG elektronisches Vorschaltgerät
– fast keine Blindleistung (Geräte mit Leistungsfaktorkorrektur)
– geringere Verlustleistung in Vorschaltgerät und Lampe (Ersparnis bis zu 30 %)
– zuverlässiger und schneller Start
– flimmerfreier Betrieb ohne Stroboskopeffekt, daher auch an rotierenden Maschinen
einsetzbar
– Fehlererkennung und Abschaltung bei defekter Lampe geringere
Geräuschentwicklung (kein Netzbrummen)
– adaptive Spannungsanpassung, z. B. 154 bis 254 V = bei Notstrombetrieb und 220
bis 240 V ~ bei normaler Netzverfügbarkeit.
– Betrieb mit Kleinspannung (zum Beispiel 24 V oder 12 V).
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Beispiel Energieeffiziente Beleuchtung im IPT
Leuchtmittel
Leistung
Ist-Situation
Lösungsvarianten
< 400 lx
mindestens 500 lx
QuecksilberDampflampen
HQL*
16x250W
4 kW
400 Lx
Metalldampflampen
HQI*
16x150W
2,4 kW
T5 Leuchtstoffröhren
16x3x49W
2,35 kW
T5 LeuchtStoffröhren
Long Life
16x3x49W
2,35 kW
LED
Hallenstrahler
16x145W
2,32 kW
Durch Tageslichtsteuerung und Bewegungsmelder lässt sich der Strombedarf noch einmal
um bis zu 40 % reduzieren!
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Vergleich über 18 Jahre
(nur Energie+Invest 16,3 c/kWh 3% Steigerung))
Q:\Projekte\energie\Licht2012\[Übersicht-der-leuchten-2012-07-06.xlsm]Übersicht-DIAGRAMM
80000
450 € Aktuell HQL 250
23.960 € Philllips LED 145 500lx DALI
70000
13.920 € Aura T5 Longlife ECO 3x49W
9.425 € Die Lichtberater T5 4x80
500lx
14.223 € Holo T5 320
60000
50000
E
U
R
O
40000
30000
20000
10000
0
0
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Installierte Leuchten im IPT und der ZBW
IPT: 16x LED Flächenleuchte
LED
145W
CRI 740 Ra > 75
Lichtfarbe Weiß ca. 4000K
12.000 lm
Lebensdauer ca. 60.000 Std.
Lichtstromstabilität L90* 40000 Std.
Lichtstromstabilität L70 75000 Std.
Lichtstromstabilität L50 90000 Std.
Ausfallrate 0,15 % pro 5000 Std.
Preis 600 € incl. DALI**
ZBW: 2x 12x T5 dreiflammig
Leuchtstofflampe
3x49 W
CRI 840
Lichtfarbe Weiß 4000 K
12900 lm bei 25 °C
Lebensdauer 48.000 Std,
IEC Schaltzyklus
2,75 Std. ein / 0,25 Std. aus
Lebensdauer 58.000 Std.
11 Std. ein / 1 Std. aus
Preis 300€ incl. 3x Leuchtmittel
Leuchtmittel je 20 €
Preis mit DALI 590 €
* L90 = 90 % der Lichtleistung
**DALI = Digital Addressable Lighting Interface; jede Leuchte ist digital schalt- und dimmbar
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Weitere Einsparmöglichkeiten
Zeitgesteuert
Bewegungsmelder
– Erfasst Personen, die sich bewegen
Präsenzmelder
– Erfasst auch Personen, die sich nicht bewegen
Geräuschüberwachung (VW SZ, Toilette)
Tageslicht abhängig
– Messen der Beleuchtungsstärke und Dimmen der Beleuchtung
Mögliche Probleme
– Sicherheitsprobleme bei automatisch ausschaltender Beleuchtung
– Negativer Lebensdauereinfluss durch erhöhte Schaltfrequenz
– Schaltfestigkeit der Relais (Festbrennen der Kontakte)
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Einfluss Raumsituation
Tageslicht durch Fenster
Wandfarbe
Einrichtungsgegenstände (Regale, Maschinen)
Höhe der Aufhängung
– Zugänglichkeit der Leuchten für
– Reinigung
– Austausch der Leuchtmittel
– Lichtverteilung (durch Berechnungsprogramme simulierbar)
Umweltbedingungen
– Staub
– Feuchtigkeit
– Umgebungstemperatur
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Betriebliche Einflüsse auf die Lebensdauer
Einschaltdauer
– Mittlere Lebensdauer
– Die mittlere Lebensdauer von Lampen kennzeichnet die Zeit bis zum
Ausfall von 50 % der Lampen einer Beleuchtungsanlage.
– Glühlampen
1.000 h
– Halogenlampen
4.000 h
– Energiesparlampen mit EVG
15.000 h
– Aura T5 Eco Longlife 12 Std.
68.000 h (50% Überlebensrate)
– Nutzlebensdauer
– Sie berücksichtigt außer den funktionsunfähigen Lampen auch den
Rückgang des Lichtstroms in einer Beleuchtungsanlage nach einer
bestimmten Betriebsdauer.
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Betriebliche Einflüsse auf die Lebensdauer
Ein-/Auszyklen
– Die Leuchtmittel sind in der Anzahl der EIN/AUS Zyklen begrenzt
Zeit bis 100 % Helligkeit
– Hochdruckdampflampen und Leuchtstofflampen benötigen beim
Einschalten eine gewisse Zeit bis zur vollen Leuchtstärke
– Anlaufströme zum Zünden sind meist recht hoch
Betriebstemperatur
– Wärmeabfuhr
– Temperatur beim Start
– T5 nicht < 20° (Fluchttreppenhaus ungeheizt)
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Wartung und Unterhalt
Kosten der Beleuchtung
– Anschaffung
– Energieverbrauch
– Wechselkosten
– Erreichbarkeit der Montageorte
– Betriebsunterbrechung
Wechselart
– bei Ausfall
– vorbeugend
Wechselhäufigkeit
Lebensdauer
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